高考物理一轮专题 第14讲 实验验证牛顿运动定律.docx

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高考物理一轮专题第14讲实验验证牛顿运动定律

2020年高考物理一轮专题：

第14讲实验：

验证牛顿运动定律

姓名:

________班级:

________成绩:

________

一、单选题（共1题；共2分）

1.（2分）（2016·房山模拟）图甲是用来探究加速度和力之间关系的实验装置示意图，图乙是其俯视图．两个相同的小车，放在比较光滑的水平板上（摩擦力很小，可以略去），前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里可放砝码．两个小车后端各系一条细线，细线后端用夹子固定，打开夹子，小盘和砝码牵引小车运动，合上夹子，两小车同时停止．用刻度尺测出两小车通过的位移，则位移之比就等于它们的加速度之比．为了探究加速度大小和力大小之间的关系，下列说法中正确的是（）

A.使小盘和砝码的总质量尽可能等于小车质量

B.若将小车放在粗糙水平板上，对实验结果没有影响

C.位移之比等于加速度之比是因为小车的位移与加速度成正比

D.可在两小盘内放置相同质量的砝码，在两小车内放置不同质量的砝码进行实验

二、实验探究题（共12题；共58分）

2.（4分）（2017·鄂尔多斯模拟）某实验小组利用如图1所示的装置探究加速度与力、质量的关系，将连接滑块的细绳、力传感器和动滑轮之前的细绳、定滑轮和动滑轮之间的细绳均调为水平，通过调节气垫导轨下的螺母使气垫导轨水平，打开气源，将滑块由静止释放，用刻度尺量出两光电门之间的距离和滑块的宽度，并记录滑块经过两光电门的时间．

根据以上的操作回答下列问题：

（1）

本实验中钩码的质量________（填“需要”或“不需要”）远小于滑块的质量．

（2）

在探究加速度与外力的关系时，传感器的示数记为F，通过运动学公式计算出滑块的加速度a，改变钩码的质量，依次记录传感器的示数并求出所对应的加速度大小，则图2的四个a﹣F图象中能正确反映加速度a与传感器的示数F之间规律的是________．

（3）

已知第

（2）问中正确图象中的直线部分的斜率大小为k，则该滑块的质量为________．

3.（4分）（2016·新课标Ⅲ卷）某物理课外小组利用图（a）中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。

途中，置于试验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮：

轻绳跨过滑轮，一段与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。

本实验中可用的钩码共有N=5个，每个质量均为0．010kg。

实验步骤如下：

（1）

将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物快，使小车9（和钩码）可以在木板上匀速下滑。

①将n（依次取n=1,2,3,4,5）个钩码挂在轻绳右端，其余N-n各钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。

释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s-t图像，经数据处理后可得到相应的加速度a。

②对应于不同的n的a值见下表。

n=2时的s-t图像如图（b）所示：

由图（b）求出此时小车的加速度（保留2位有效数字），将结果填入下表。

n

1

2

3

4

5

0．20

________

0．58

0．78

1．00

（2）

利用表中的数据在图（c）中补齐数据点，并作出a-n图像。

从图像可以看出：

当物体质量一定是=时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。

（3）

利用a–n图像求得小车（空载）的质量为________kg（保留2位有效数字，重力加速度取g=9．8m·s–2）。

（4）

若以“保持木板水平”来代替步骤

（1），下列说法正确的是_______（填入正确选项钱的标号）

A.a–n图线不再是直线    

B.a–n图线仍是直线，但该直线不过原点    

C.a–n图线仍是直线，但该直线的斜率变大    

4.（4分）（2016高三上·平湖期中）利用图一装置可以做力学中的许多实验，

（1）

以下说法正确的是     ．

A.用此装置“研究匀变速直线运动”时，必须设法消除小车和滑轨间的摩擦阻力的影响

B.用此装置“研究匀变速直线运动”时，必须调整滑轮高度使连接小车的细线与滑轨平行

C.用此装置“探究加速度a与力F的关系”每次改变砝码及砝码盘总质量之后，需要重新平衡摩擦力

D.用此装置“探究加速度a与力F的关系”应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量

（2）

本装置中要用到打点计时器，如图二所示为实验室常用的两种计时器，其中甲装置用的电源要求是      ．

A.交流220V    

B.直流220V    

C.交流4﹣6V    

D.直流4﹣6V    

（3）

在利用此装置“探究加速度a与力F的关系”时，实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分如图三．已知打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上，则此次实验中打点计时器打下A点时小车的瞬时速度为________ m/s．（结果保留2位有效数字）

5.（5分）（2018高一上·增城期末）某同学设计了如甲、乙两图所示的实验装置来探究加速度与物体质量、物体受力的关系。

（1） ________（填“甲”或“乙”）实验装置比较好，原因是________.

（2）该同学选择比较理想的实验装置后，平衡摩擦力后，打出了一条纸带如图丙所示，计时器打点的时间间隔为0.02s。

从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离，该小车经过计数点“2”的瞬时速度v=________ m/s的加速度a= ________ m/s2 （结果保留两位有效数字）

（3）在实验误差允许范围内，当小车的质量不变时，小车的加速度与小车的合外力满足________图的关系。

6.（3分）（2017高一上·永州期末）用如图甲所示的实验装置来验证牛顿第二定律，为消除摩擦力的影响，实验前必须平衡摩擦力．

（1）

小华某同学平衡摩擦力时是这样操作的：

将拖有纸带的小车水平静止地放在长木板上，把木板不带滑轮的一端慢慢垫高，如图（乙）所示，轻推小车，直到小车沿木板向下缓慢滑动为止．请问这位同学的操作是否正确？

（请答“正确”或“不正确”）

答：

________．

（2）

如果小华同学先如

（1）中的操作，然后不断改变对小车的拉力F，他得到M（小车质量）保持不变情况下的a﹣F图线是图中的________（将选项代号的字母填在横线上）．

7.（6分）（2017高一下·翁牛特旗期中）某实验小组欲以图甲所示实验装置“探究加速度与物体受力和质量的关系”．图中A为小车，B为装有砝码的小盘，C为一端带有定滑轮的长木板，小车通过纸带与电磁打点计时器相连，小车的质量为m1，小盘和砝码的质量为m2．

（1）

（单选）下列说法正确的是      

A.实验时先释放小车，再接通打点计时器的电源    

B.每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力    

C.本实验中应满足m2远小于ml的条件    

D.在用图象探究小车加速度与质量的关系时，应作出a﹣ml图象    

（2）

实验中，得到一条打点的纸带，如图乙所示，已知相邻计数点间的时间间隔为T，且间距xl、x2、x3、x4、x5、x6已测出，则打点计时器打下F点时小车瞬时速度的计算式为vF=________．

（3）

某同学平衡摩擦力后，在保持小车质量不变的情况下，通过多次改变砝码重力，作出小车加速度a与砝码重力F的图象如图丙所示．若牛顿第二定律成立，取重力加速度g=10m/s2，则小车的质量为________kg．

（4）

实际上，在砝码的重力越来越大时，小车的加速度不能无限制地增大，将趋近于某一极限值，此极限值为________m/s2．

8.（2分）（2017高一上·黑龙江期末）在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：

（1）

为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响应采取做法是      

A.将不带滑轮的木板一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动

B.将不带滑轮的木板一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀加速运动

C.将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动

D.将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀加速运动

（2）

为了减小实验误差，钩码的质量应________（填“远大于”、“远小于”或“等于”）小车的质量．

（3）

某同学在平衡摩擦力时把木板的一端垫得过高，所得的a﹣F图象为图2中的________；

（4）

本实验所采用的科学方法是：

A.理想实验法    

B.等效替代法在    

C.控制变量法    

D.建立物理模型法．    

9.（6分）（2017高一上·玉溪期末）电火花计时器是高中物理中重要的实验仪器，常用于研究纸带的运动问题．

（1）电火花计时器所采用的电源是________（填“交流电4～6V，频率50HZ”、“交流电220V，频率50HZ”、四节干电池）．

（2）某同学在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上依次确定出A、B、C、D、E五个计数点．其相邻点间的距离如图所示，每两个相邻的计数点之间还有4个打点未标出．各点到A点距离分别为AB=2.88cm，AC=7.20cm，AD=12.96cm，AE=20.16cm，如图由纸带上的数据，算出打D点时小车的瞬时速度是________m/s（保留三位有效数字）．

（3）用打点计时器测定小车的速度，当使用的电源频率高于50Hz时，如果仍按50Hz来计算，则测得的速度将比真实值________（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）．

10.（7分）（2017高一上·漯河期末）某实验小组利用图1所示的装置探究加速度与力、质量的关系．

（1）下列做法正确的是      （填字母代号）．

A.调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行

B.在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上

C.实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源

D.通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度

（2）为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量________木块和木块上砝码的总质量．（填“远大于”“远小于”或“近似等于”）

（3）甲、乙两同学在同一实验室，各取一套装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图2中甲、乙两条直线．设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图2可知，μ甲________μ乙，m甲________m乙．（填“大于”“小于”或“等于”）

11.（7分）（2017高三上·宝应开学考）在探究“加速度与力和质量的关系”实验时，某老师对传统实验进行了改进，其实验操作如下：

①如图1所示，先将沙和沙桶通过滑轮悬挂于小车一端，调节平板的倾角θ，使小车沿斜面向下做匀速直线运动，测出沙和沙桶的总质量m；

②保持平板倾角θ不变，去掉沙和沙桶，小车即在平板上沿斜面向下做匀加速直线运动，通过纸带测量其加速度a；

③保持小车质量M不变，多次改变沙和沙桶的总质量m，每次重复①②两步操作，得到小车加速度与合力的关系；

④多次改变小车的质量，进行适当的操作，得到小车加速度和质量的关系．

（1）在上述实验操作过程中，以下说法正确的是　       

A.可以用电池盒给打点计时器供电    

B.应在小车开始运动后再接通打点计时器的电源    

C.要保持细绳与平板平行    

D.应让小车从靠近定滑轮处开始运动    

（2）在操作①中若打了一条如图2所示的纸带，已知纸带左端为连接小车处，则应将平板的倾角适当________（选填“增大”或“减小”）些；

（3）在操作②中，小车所受的合力大小等于________（用题中所给定的字母以及重力加速度g表示）；

（4）在本实验中________（选填“需要”或“不需要”）满足沙和沙桶的质量远小于小车的总质量；在操作④中，每次改变小车质量后，________（选填“需要”或“不需要”）重新调节平板的倾角．

12.（5分）（2018高一上·石嘴山期末）如图a所示为“探究加速度与物体受力及质量的关系”的实验装置图。

图中A为小车，B为装有砝码的托盘，C为一端带有定滑轮的长木板，小车后面所拖的纸带穿过电火花打点计时器，打点计时器接50HZ交流电。

小车的质量为m1，托盘及砝码的质量为m2。

①下列说法正确的是________。

A．长木板C必须保持水平

B．实验时应先释放小车后接通电源

C．实验中m2应远小于m1

D．作a-

图像便于行出加速度与质量关系

②实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的a—F图像，可能是图b中的图线________。

（选填“甲、乙、丙”）

③图c为某次实验得到的纸带，纸带上标出了所选的四个计数点之间的距离，相邻计数点间还有四个点没有画出。

由此可求得小车的加速度的大小是________m/s2。

（结果保留二位有效数字）

13.（5分）（2015高一上·山东期末）在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中：

（1）

对于本实验，以下说法中正确的是      

A.砂和桶的总质量要远大于小车的总质量

B.每次改变小车质量后，需要重新平衡摩擦力

C.本实验主要采用控制变量的方法来研究加速度与力、质量的关系

D.在探究加速度与质量的关系时，作出a﹣

图象容易更直观判断出二者间的关系

（2）

某同学在接通电源进行实验之前，将实验器材组装如图1所示，下列对此同学操作的判断正确的是      

A.打点计时器不应固定在长木板的最右端，而应固定在靠近定滑轮的那端

B.打点计时器不应使用干电池，而应使用交流电源

C.不应将长木板水平放置，而应在右端垫起合适的高度，平衡摩擦力

D.小车初始位置不应离打点计时器太远，而应靠近打点计时器放置

（3）

改正实验装置后，该同学顺利地完成了实验．在某条纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点．其相邻点间还有4个点未画出．其中S1=7.05cm、S2=7.67cm、S3=8.29cm、S4=8.91cm、S5=9.53cm、S6=10.15cm．那么，小车运动的加速度为________ m/s2（结果保留两位有效数字）．

（4）

若在实验中保持拉力不变，得到了小车加速度随质量变化的一组数据，如下表所示：

实验次数

加速度

a/m•s﹣2

小车与砝码总质量

m/kg

小车与砝码总质量的倒数

m﹣1/kg﹣1

1

0.32

0.20

5.0

2

0.25

0.25

4.0

3

0.21

0.30

3.3

4

0.18

0.35

2.9

5

0.16

0.40

2.5

请你在如图3的方格纸中建立合适坐标并画出能直观反映出加速度与质量关系的图线．

（5）

若保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，某同学根据实验数据作出了加速度a随合力F的变化图线如图4所示．此图中直线发生明显弯曲的原因是________．

参考答案

一、单选题（共1题；共2分）

1-1、

二、实验探究题（共12题；共58分）

2-1、

2-2、

2-3、

3-1、

3-2、

3-3、

3-4、

4-1、

4-2、

4-3、

5-1、

5-2、

5-3、

6-1、

6-2、

7-1、

7-2、

7-3、

7-4、

8-1、

8-2、

8-3、

8-4、

9-1、

9-2、

9-3、

10-1、

10-2、

10-3、

11-1、

11-2、

11-3、

11-4、

12-1、

13-1、

13-2、

13-3、

13-4、

13-5、